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【社群智汇】国产光栅尺与光电编码器成本为何下不来?

2021-02-20
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摘要 从机械手、工程机械、机器人,国防军工,到汽车和消费电子,光电编码器的应用无处不在。

  【编者按】:由新利18国际娱乐创建的微信社群——【新利18国际娱乐社群】,汇聚了大批传感器业内人士,并每天就各种传感器话题进行热烈讨论,迸射出闪耀的知识火花。于是,我们把社群里极具价值的精彩对话整理成文,推出了专题栏目“社群智汇”。

  本次话题是“光栅尺与光电编码器”,这行业可不好分析~


@新利18国际娱乐-杨军

  近期不断有群友在探讨光栅尺与光电编码器相关的话题,这一类光电位置传感器,涉及到我们生活的方方面面,从机床控制到转台定位,从游戏手柄到公共事业表计,其实我们身边到处都有光电编码器在默默无闻的工作,支撑着我们的工作和生活甚至国防。我们今天就来聊聊光栅尺与编码器,从技术原理到应用领域和特点展开探讨,欢迎大家分享自己的认识和经验,各抒己见,共同学习。

  光栅尺,即DRO(Digital Read Out),又叫做光电线性位置编码器,早期较多应用在精密数控机床的加工刀具精密位置控制上,由一根精密的光栅刻度尺和5对收发分离的窄光束角度红外传感器构成。5只发光管和5只接收管并排跨在光栅刻度尺的两侧,随着机床刀头的移动同步移动,读取光栅宽度变化,其中一对光电传感器检测零位,两对光电传感器检测向位移距离(这两对传感器输出有90度的相位差,输入差分运放比较器,计算出位移),另外两对光电传感器,用同样的方式检测反向位移距离。

  发射管光源通常是红外LED,有客户曾经尝试过使用VCSEL,即半导体垂直腔体面发射激光器,后来因为市场竞争成本压力而放弃。如今VCSEL已进入手机进行人脸识别,成本应该已经大大下降,可以重新考虑用进光电编码器。

  接收端的5只光电接收管,可以根据用户技术要求选择光电二极管、光电三极管、或光电达林顿管,这三种接收管的特性差异:响应速度依次降低,线性度以此变差、输出带载能力依次增强。

  通过5对光电传感器与机床刀具同步扫过光栅刻度尺计算出的零点、正反向位移距离,显示在相关仪表上,同时输出给控制器,控制机床刀具的精密进退移动,从而保障数控机床的精密操作。

  光栅尺领域的领军者是德国海德汉,国内曾有过许多熟悉的名字,如长春光机所及其衍生企业、广州信和、珠海怡信、深圳朕衡、贵阳新添等等。光电编码器厂商也有很多,如宝盟、NEI等等。

  如今市场巨变不知谁家还在风雨中沉浮?

  常说的光电编码器,更多的只圆形光电编码器。其原理类似直线光栅尺,不过是将直线光栅刻度尺变成了编码轮盘,根据需要在轮盘上制作单圈或多圈的编码孔或者编码标记,对应配置相应数量的光电传感器件,按照一定的相位差布局定位安装位置,通过读取这些编码孔或者编码标识得到简单或复杂的组合编码信号,从而精密检测到转动的位置,满足更多、更复杂、应用更广泛的应用。

  从机械手、工程机械、机器人,国防军工,到汽车和消费电子,光电编码器的应用无处不在。


@程***章

  这行业可不好分析,一不小心就群嘲了。价格战搞的太恶心了,如果可靠性没变的情况下,把成本和售价做下来的民企目前没有。


@M***p

  可靠性问题大致出在哪里?可靠性问题一般表现为什么问题?


@程***章

  用料和工艺。可靠性问题一般表现在把工业级器件改成商业级器件,P5轴承改P0,简化工艺步骤,过程控制不严谨。

  这些都能解决,解决不了的是绝大多数厂家没有检测手段。厂内无法校验编码器光栅尺的指标。


@M***p

  检测需要用到什么设备?没有国产的吗?


@程***章

  有技术员的厂家不多,真正懂一些原理的只有禹衡。检测基准没那么容易构建,目前国内仅有光机所和我们艾华公司有精度检测转台,禹衡也有,但是禹衡的转台设计精度都不够。一个1秒的精度转台的成本大约需要50到80万左右,还需要恒温无振动环境,检测环境成本更高。这些企业家不会花7位数搞检测手段的。1秒的转台,轴系带载下的精度要达到0.2秒,这个指标对于世界任何一个单位都是有难度的。

  检测基准如果是1秒,成本大约300左右。1秒的基准只能检测5秒的被测物。

  三温检测对于一个做工业级编码器的厂家来说,是必备的检测手段,但是各厂家基本都没有,也不会找第三方测试数据。我今天说的事故就是温度不达标导致的。


@新利18国际娱乐-杨军

  现在发射管光源是否用激光器?


@张***

  现在这个行业不用激光管,最好的是LED点光源,得到平行光LED点光源就足够了。编码器接收信号端一般是多个光敏接受器,需要均匀的平行光照射透过码盘才能使接收端得到适合的信号。


@程***章

  指标是要根据产品实际情况制定的,标准都是通用入门规范,通常比实际要求低很多。编码器用激光器做光源,可以提高很高的精度。但是激光器尺寸较大,目前很少有厂家用。位置测量市场需求比较大,保守估计,国内每年采购额超50亿。


@何***博

  激光器做光源,从哪方面能说明可以提高编码器精度呢?


@程***章

  波长唯一。


@张***

  波长唯一做反射码盘镀层应该有优点,但出光的光斑太小处理起来还是比较麻烦。


@程***章

  光电器件光斑小可以用透镜,本来也要用透镜,否则功率太大,容易烧坏码盘镀层或接收器。


@张***

  是的,一组透镜处理,空间就不够用了。目前常规的编码器LED光源,为了能出平行光,加透镜就把产品厚度加了5mm的。


  如果您对该话题有更多的观点,欢迎在下方留言评论~

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